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Molto più che un campo per biomateriali

Medicina rigenerativa: una sfida per gli specialisti dei materiali
Molto più che un campo per biomateriali

La medicina rigenerativa tenta di riprodurre i processi di guarigione del corpo. Essa fa ricorso a biomateriali, ma anche a materiali classici con nuove proprietà il cui ruolo è fondamentale.

Con il concorso della medicina rigenerativa, nei prossimi anni la medicina spera di poter alleviare o guarire malattie incurabili. „In quest’ottica, essa si interessa a materiali capaci di mobilitare le capacità rigenerative del corpo umano“, dichiara il professor Stefan Mayr, direttore del polo di ricerca „Ingegneria dei tessuti e scienze dei materiali“, presso il Translationszentrum für regenerative Medizin (TRM-Centro traslazionale per la medicina rigenerativa) di Lipsia, nella Germania orientale.

Esiste un grande numero di materiali possibili. La base biologica è costituita da fili di seta di ragno, che servono per fabbricare le matrici. Essi fungono da matrice sulla quale si svilupperanno colonie di cellule coltivate per ricreare un tessuto. La cosiddetta Tissue Engineering mira a coltivare tessuti viventi allo scopo di ricostituire tessuti o organi danneggiati. Lo sviluppo cellulare può essere influenzato in maniera mirata con l’aiuto di proteine. In questo settore, una perfetta conoscenza dei materiali è indispensabile. L’Istituto delle scienze e delle tecnologie dei materiali del Politecnico di Vienna utilizza il bombyx mori (un baco da seta bianco) per tessere le fibre che fungono da matrice per un legamento crociato anteriore. Questo tipo di seta speciale contiene fino al 28 % di sericina, una proteina capace di scatenare una reazione antigene. La matrice di seta viene quindi liberata dal suo rivestimento di sericina elastica. La resistenza alla trazione e la rigidità della seta umida così ottenuta sono molto vicine a quelle dei legamenti incrociati naturali.
Altri biomateriali sono molto apprezzati per la fabbricazione delle matrici. Si tratta di tutti i materiali che interferiscono con il corpo umano per misurare, trattare e sostenere o sostituire un tessuto, un organo o una funzione corporea. Tra questi figurano anche un grande numero di polimeri la cui biocompatibilità è stata dimostrata. Presso l’Università Leibniz di Hannover vengono testati dei polimeri fusi o in soluzione per fabbricare matrici di polimeri-proteine ibride. In effetti, la produzione di strutture filari per elettrotessitura a partire da una soluzione proteica è una tecnica complessa e costosa. Il glicole polietilenico (PEG) è un polimero che si adatta perfettamente perché è idrosolubile e le proteine non vengono snaturate nel processo. L’elettrotessitura permette di trasformare, con l’aiuto di un campo elettrico, il polimero fuso o in soluzione in nanofili o fili con diametro di dimensione inferiore al micron. Inoltre, lo sviluppo delle cellule è favorito dall’introduzione di sostanze minerali come nanoparticelle d’oro.
L’équipe del professor Mayr a Lipsia s’interessa prima di tutto alla creazione di materiali adattivi con nuove proprietà per utilizzarli in medicina rigenerativa e li definisce „materiali intelligenti“. „Questi materiali hanno la capacità di adattarsi alle condizioni del corpo“, spiega. Si tratta di materiali magnetici mnemonici, che hanno la proprietà di cambiare forma quando si applica un campo magnetico esterno.
Secondo il professor Mayr, „il problema dei materiali mnemonici, utilizzati per esempio per gli apparecchi dentali, è che necessitano di un cambio di temperatura per cambiare forma e questo nel corpo umano è possibile solo in maniera condizionata. Il loro campo d’applicazione è pertanto relativamente ristretto“. Per deformare i materiali magnetici mnemonici, è sufficiente invece indurre un campo magnetico senza pericolo per il paziente. „I ricercatori dei materiali hanno dovuto lavorare molto in questo settore, tuttavia oggi questi materiali possono essere impiegati in applicazioni mediche“. Prendiamo il caso degli impianti dentali: durante l’inserimento viene applicato un campo magnetico che quindi viene disattivato. In questo modo il perno inserito cambia forma e si adatta alla mascella. Questi materiali possono anche essere utili in caso di frattura ossea in quanto l’applicazione del campo magnetico permette chiudere i punti metallici.
La lega più conosciuta con queste proprietà è a base di nichel, di manganese e gallio. Essa è tuttavia tossica. Per questo motivo il Politecnico di Lipsia ha sviluppato un nuovo materiale a base di ferro-palladio. „Questo materiale, biocompatibile e anticorrosivo, permette di assemblare cellule e ossa“, afferma il professor Mayr.
Il Politecnico di Lipsia lavora alla progettazione e alla regolazione dei nanocluster magnetici che devono fungere da base a nuove applicazioni utilizzando cluster su misura. Il professor Mayr immagina, ad esempio, cluster per la diffusione di medicine nell’organismo. Anticorpi capaci di fissarsi sulla superficie verrebbero così apportati direttamente e precisamente laddove sono necessari. Questo sviluppo aprirebbe la via anche alla diagnostica magnetica. La tomografia a risonanza magnetica permetterà di localizzare un focolaio d’infezione identificando i cluster che si deformano in presenza d’anticorpi. Al contrario, applicando un campo magnetico variabile, si potrà ottenere una reazione termica che distruggerà un tessuto malato in maniera mirata.
Attualmente, particelle composte in parte di ossido ferrico sono già utilizzate come cluster magnetici. „Tuttavia lo spazio di miglioramento è ancora grande. Inoltre, la loro granulometria è molto elevata e le loro proprietà magnetiche non sono ancora ottimali. Il nostro obiettivo è quello di sintetizzare cluster al 100 % metallici con una granulometria più file“, spiega il professore. Le nanoparticelle magnetiche saranno rivestite con materiali biocompatibili quali i polimeri o i materiali ferrosi, come l’oro o il biossido di silicio. Il processo conosciuto permette di attivare le funzioni su questi tre materiali perché le medicine o gli anticorpi possano attaccarvisi.
Sabine Koll Corrispondente da Böblingen
Il Politecnico di Lipsia procede alla regolazione di nanocluster magnetici
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